MicroRNA（miRNA）目前是一个十分活跃的研究领域，它对于深入探讨生命现象的本质、解释细胞行为和疾病发生机制、以及疾病诊断、基因治疗药物的开发都具有重大意义。MicroRNA研究连续被《Science》杂志评为年度十大科技之一、年度重大突破。MicroRNA通过基因沉默机制，调控细胞的增殖、发育、分化及凋亡等关键的生命过程，但有关microRNA的生物功能研究尚在探索阶段。同时细胞内microRNA的表达水平与人类重大疾病，尤其是癌症，密切相关。对microRNA与人类重大疾病的关系及机理的研究，可以继RNA干扰（RNAi）之后，形成新的基因治疗药物；由于microRNA是细胞内源性小分子RNA，它可能比外源性引入的小RNA更直接有效。在microRNA生物功能研究中，其分析方法具有至关重要的作用。目前应用的microRNA分析方法主要有Northern Blot、RT-PCR及Microarray，由于这些方法操作过程的复杂性或灵敏度方面的限制，远远不能满足microRNA生物功能研究的需要。对于microRNA操作简便的高灵敏度分析、细胞内microRNA的实时荧光成像分析进行系统深入的研究，以期为micoRNA生物功能的研究提供实用可靠的分析检测技术平台，对进一步探索microRNA的生物学功能至关重要。论文主要应用滚环扩增、环化扩增、杂交链反应等扩增方法结合氧化石墨烯材料研究开发了microRNA检测和活细胞内成像的新方法，主要内容如下：1、发展了一种基于挂锁探针的指数滚环扩增，能够高灵敏地、高特异地检测microRNA。这个反应由目标microRNA引发，在反应过程中累计产生DNA产物。不像PCR等一般的核酸扩增反应，此方法很简单，不要求额外的引物加入，额外引物通常会造成引物二聚体或非特异性扩增。随着设计的指数扩增反应，能够灵敏地检测到低至0.24zmol的荧光信号。另外，合理设计的Padlock Probe探针和T4RNA ligase2的特异性连接，使该方法能够区分单个核苷酸的不同，具有很好的特异性。使用这种方法，成功的检测到了人类肺癌细胞总RNA样品中的let-7a，这个结果也说明，本文设计的基于挂锁探针的指数滚环扩增（P-ERCA）对于生物研究的应用和癌症早期诊断具有重要的潜在意义。2、发展了一种精确的、灵敏的基于石墨烯保护的目标靶分子microRNA的环状指数扩增检测microRNA的方法。在这个反应中，目标靶分子microRNA被石墨烯表面非共价吸附所保护，防止了microRNA被酶解。通过重复的杂交、延伸、酶切和Trigger的释放，完成环状指数扩增。不像大多数报道的反应中，microRNA释放作为下一轮循环的引物，我们设计的方法中，释放的DNA Trigger作为下一轮扩增的引物更加稳定，能够更好的在反应中持续进行。而且，SYBR Green I染料的多分子嵌入结合双链DNA，增强了荧光信号。基于石墨烯保护的目标靶分子microRNA的环状指数扩增反应展现了很好的特异性，能够区分单核苷酸的不同，能够灵敏的定量检测microRNA到10.8fM。同时进行了人类肺细胞microRNA的定量检测，说明这个方法能够在生物医学研究和临床早期诊断中作为可靠的、灵敏的microRNA定量方法。3、发展了一种基于石墨烯的活细胞内microRNA成像，这种方法结合石墨烯和杂交链反应，能够灵敏的检测到细胞内的microRNA，并在活细胞内进行成像。石墨烯作为载体，能够运送设计的发夹探针H1和H2进入细胞内，进入细胞后，石墨烯又能作为探针H1、H2和microRNA引发的杂交链反应的平台，富集产生的双链DNA产物，产生相对集中的高荧光强度。这种方法能够很好地作为活细胞内microRNA成像的工具，用于细胞内microRNA的直接观察，为癌症的早期诊断和观察提供一个新的成像工具。4、发展了一种基于石墨烯的活细胞内microRNA同时成像的方法，这种方法结合石墨烯和杂交链反应，能够同时灵敏的检测到细胞内的两种microRNA，并在活细胞内进行microRNA的同时成像。石墨烯作为载体，运送设计的发夹探针进入细胞内，进入细胞后，石墨烯又作为microRNA引发的杂交链反应的平台，富集产生的双链DNA产物，产生相对集中的高荧光强度。由于杂交链反应的特异性，这种方法能够很好地用于活细胞内两种或两种以上microRNA同时成像，进行细胞内不同表达含量的microRNA的同时观察，为癌症的早期诊断和直接观察提供一个新的工具。